KR20240068295A - Fe-Cr-Al alloy powders having low melting temperatures for dissimilar bonding, and bonding method therefor - Google Patents
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Abstract
이종접합용 저융점 Fe-Cr-Al 합금분말 및 이를 이용한 주조품의 이종접합방법이 제공된다.
본 발명은, 중량%로, Al: 30~70%, Cr: 15~35%, 잔여 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 이종접합용 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물에 관한 것이다.
Low melting point Fe-Cr-Al alloy powder for heterogeneous joining and a heterogeneous joining method for cast products using the same are provided.
The present invention relates to a Fe-Cr-Al alloy powder composition for heterojunction containing Al: 30 to 70%, Cr: 15 to 35%, residual Fe and inevitable impurities in weight percent.
Description
본 발명은 주조 온도가 낮은 공정 조건에서도 활용이 가능한 Fe, Cr, Al 성분으로 구성되는 이종접합 주조용 고온 내산화 합금분말소재와 이를 이용한 주조품의 이종접합방법에 관한 것이다. The present invention relates to a high-temperature oxidation-resistant alloy powder material for heterojoint casting consisting of Fe, Cr, and Al components that can be utilized even under low casting temperature process conditions, and a heterogeneous joining method for cast products using the same.
제철소 소결로 화격자, 소각로 화격자와 같이 고온 분위기에서 반복적인 산화에 의해 발생하는 주조 제품에서는 감육으로 인한 부품의 수명 저하가 문제되고 있다. 따라서 이를 개선하기 위하여, 주조제품의 주조공정에서 고온내산화 합금분말을 이용하여 제품의 표면에 이종접합층을 형성하고 사용중 제품 표면의 고온 내산화 특성을 향상시키고자 하는 기술 적용이 시도되고 있다.In cast products that occur through repeated oxidation in a high-temperature atmosphere, such as steel mill sintering furnace grates and incinerator grates, there is a problem of reduced lifespan of parts due to thickness thinning. Therefore, in order to improve this, attempts are being made to use high-temperature oxidation-resistant alloy powder in the casting process of cast products to form a heterogeneous bonding layer on the surface of the product and to improve the high-temperature oxidation resistance characteristics of the product surface during use.
제철소 소결로, 소각로 화격자 부품으로 사용되는 주조합금은 일반적으로 하기 표 1에 나타낸 합금 조성과 같이 크롬 함량을 20중량% 이상 높여 고온 내산화성 및 내마모 효과를 확보하고자 설계되었고 현재까지 널리 사용되고 있다. 그리고 최근 하기 표 1에 나타낸 합금성분, 또는 여기에 Ni 함량이 2~15중량% 로 증가된 합금계를 사용하고 있는데, 이들 합금의 융점이 약 1350~1400℃ 정도이며 주조공정에서 용강의 주입온도는 약 1450~1550℃ 범위에서 조업조건을 관리하고 있다. 또한 에너지 비용저감 및 내화물 손상방지 목적으로 주조방안 최적화를 통하여 주조온도를 낮춘 조건에서 조업하려는 추세에 있다. Casting alloys used for steel mill sintering furnace and incinerator grate parts are generally designed to secure high-temperature oxidation resistance and wear resistance by increasing the chromium content by more than 20% by weight, as shown in the alloy composition shown in Table 1 below, and are widely used to this day. Recently, the alloy components shown in Table 1 below, or alloy systems with the Ni content increased to 2 to 15% by weight, have been used. The melting point of these alloys is approximately 1350 to 1400°C, and the injection temperature of molten steel in the casting process is The operating conditions are managed in the range of approximately 1450~1550℃. In addition, there is a trend to operate under conditions of lower casting temperature by optimizing the casting method for the purpose of reducing energy costs and preventing damage to refractories.
조성(중량%)casting money
Composition (% by weight)
한편, 오래 전부터 고온 내산화성이 우수한 것으로 알려진 소재로는 Fe-20~25Cr-3~7Al계 합금으로 주로 판재 및 선재 형태로 제조되어 전열선 및 고온 열교환기 등 고온반복 산화환경에 채택되어 왔다. 그러나 이 합금계는 높은 Al 함량으로 인하여 고온강도가 낮은 단점 때문에 사용조건에서 일정 하중부하 상태에 있는 소결로 및 소각로 화격자 소재로는 고온 분위에서의 내구성이 적합하지 않았다.Meanwhile, a material that has long been known to have excellent high-temperature oxidation resistance is the Fe-20~25Cr-3~7Al alloy, which is mainly manufactured in the form of plates and wires and has been adopted for high-temperature repetitive oxidation environments such as heating wires and high-temperature heat exchangers. However, this alloy system has the disadvantage of low high-temperature strength due to the high Al content, so its durability at high temperatures was not suitable for use as a sintering furnace and incinerator grate material under a constant load.
따라서, Fe-20~25Cr-3~7Al계의 Al 성분으로 인한 우수한 고온 내산화 특성을 활용하고자 합금을 용용상태에서 아토마이징 방법에 의하여 분말을 제조하고, 제조된 분말을 활용하여 화격자 주조공정 중 표면층에 이종접합층을 형성하는 이종접합주조기술에 활용되었다. Therefore, in order to utilize the excellent high-temperature oxidation resistance properties due to the Al component of the Fe-20~25Cr-3~7Al series, powder is manufactured by atomizing the alloy in a molten state, and the manufactured powder is used during the grate casting process. It was used in heterojunction casting technology to form a heterojunction layer on the surface layer.
상기 Fe-20~25Cr-3~7Al 합금의 융점은 대략 1450~1500℃ 정도로 높은 온도 영역에 있으므로 이종접합 주조공정에서 합금분말이 주입되는 용강에 용착되므로, 이종접합층을 효과적으로 형성하기 위해서는 주입되는 용강의 온도가 적게는 약 1500℃ 이상, 보다 적합하게는 약 1600℃ 이상의 온도로 주입하여야 하는 주조공정온도 조건상 다소의 제약이 있었다. 따라서 기존 합금계의 Al 및 Cr 성분에 의한 고온 내산화 특성향상 목적을 달성하면서, 합금계 융점을 보다 낮추도록 설계하고 제조된 합금을 분말화하여 이종접합 주조공정에 보다 효과적으로 활용하는 방안이 필요하다.The melting point of the Fe-20~25Cr-3~7Al alloy is in a high temperature range of approximately 1450~1500°C, so the alloy powder is fused to the molten steel into which it is injected in the heterojunction casting process. Therefore, in order to effectively form a heterojunction layer, the injected There were some limitations in the casting process temperature conditions, in which the molten steel had to be injected at a temperature of at least about 1500°C or more, and more preferably at about 1600°C or more. Therefore, while achieving the goal of improving the high-temperature oxidation resistance by Al and Cr components of existing alloy systems, it is necessary to design the melting point of the alloy system to be lower and powder the manufactured alloy to utilize it more effectively in the heterojunction casting process. .
또한, 합금의 분말제조공정에서 기존 Fe-20~25Cr-3~7Al 합금계는 상온 인성이 우수하여 분말제조방법중 기계적 파쇄법 적용이 어렵다. 즉 소량 생산규모에서 간편하며 설비투자 비용이 저렴하여 경제적인 기계적인 분쇄방법에 의한 분말제조공법을 적용하기 어려운 단점이 있는 것이다. 따라서 고온 내산화 합금설계에서 Fe-Cr-Al계 합금계가 상온에서 분말 소량생산에 경제적이고 효과적인 기계적 분쇄방법으로 분말 제조가 용이 하도록 합금 조성계를 제안할 필요가 있다.In addition, in the alloy powder manufacturing process, the existing Fe-20~25Cr-3~7Al alloy system has excellent room temperature toughness, making it difficult to apply the mechanical crushing method among the powder manufacturing methods. In other words, there is a disadvantage in that it is difficult to apply a powder manufacturing method using an economical mechanical grinding method because it is simple and requires low facility investment costs in a small production scale. Therefore, in the design of high-temperature oxidation-resistant alloys, it is necessary to propose an alloy composition system so that the Fe-Cr-Al alloy system can be easily manufactured using a mechanical grinding method that is economical and effective for small quantity production of powder at room temperature.
본 발명은 고온 내산화 합금설계에 유용한 이종 접합용 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 및 이를 이용한 주조품의 이종 접합방법을 제공함을 목적으로 한다. The purpose of the present invention is to provide a Fe-Cr-Al alloy powder for heterogeneous joining that is useful for designing high-temperature oxidation-resistant alloys and a heterogeneous joining method for cast products using the same.
또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.In addition, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. It could be.
따라서 본 발명의 일측면은, Therefore, one aspect of the present invention is,
중량%로, Al: 30~70%, Cr: 15~35%, 잔여 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 이종접합용 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물에 관한 것이다.It relates to a Fe-Cr-Al alloy powder composition for heterojunction containing, in weight percent, Al: 30-70%, Cr: 15-35%, residual Fe, and inevitable impurities.
상기 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물의 융점은 1420℃ 이하인 것이 바람직하다.The melting point of the Fe-Cr-Al alloy powder composition is preferably 1420°C or lower.
상기 Fe-Cr-Al계 합금계 분말의 크기(원상당 직경)는 0.01~0.5mm인 것이 바람직하다. The size (equivalent circle diameter) of the Fe-Cr-Al alloy powder is preferably 0.01 to 0.5 mm.
상기 Cr함량을 20~30중량%, Al 함량을 50~60중량%, 나머지 Fe 함량으로 그 합금분말 조성물의 성분을 제어함이 바람직하다. It is desirable to control the components of the alloy powder composition by setting the Cr content to 20 to 30% by weight, the Al content to 50 to 60% by weight, and the remaining Fe content.
또한 본 발명의 다른 측면은, In addition, another aspect of the present invention is,
중량%로, Al: 30~70%, Cr: 15~35%, 잔여 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물을 마련하는 제 1공정;A first step of preparing a Fe-Cr-Al alloy powder composition containing, in weight percent, Al: 30-70%, Cr: 15-35%, residual Fe, and inevitable impurities;
주형 내표면의 소정의 위치에 상기 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물을 도포하는 제 2공정; 및 A second process of applying the Fe-Cr-Al alloy powder composition to a predetermined location on the inner surface of the mold; and
상기 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물이 도포된 주형 내부로 1450~1600℃의 고 Cr 용탕을 주입한 후 응고시킴으로써 그 응고된 주조품 소정의 위치에 상기 도포된 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물을 용융 접합시키는 제 3공정을 포함하는 주조품의 이종접합방법에 관한 것이다. By injecting high Cr molten metal at 1450-1600°C into the mold to which the Fe-Cr-Al-based alloy powder composition is applied and then solidifying it, the Fe-Cr-Al-based alloy powder composition applied above is applied to a predetermined position of the solidified cast product. It relates to a heterogeneous joining method of a cast product including a third process of melt joining the powder composition.
상기 상기 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물을 0.01~1mm 두께로 도포하는 것이 바람직하다. It is preferable to apply the Fe-Cr-Al alloy powder composition to a thickness of 0.01 to 1 mm.
상기 고 Cr 용탕의 주형 내 주입속도를 5~20kg/s로 제한함이 바람직하다.It is desirable to limit the injection rate of the high Cr molten metal into the mold to 5 to 20 kg/s.
상기 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물은 아토마이징법 또는 기계적인 패쇄법을 이용하여 분말화된 것이 바람직하다. The Fe-Cr-Al alloy powder composition is preferably powdered using an atomizing method or a mechanical crushing method.
상술한 바와 같은 본 발명에 따라, Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물을 마련하여, 이를 주형 소정의 위치에 도포하고, 이를 이용하여 응고된 주조품 소정의 위치에 Fe-Cr-Al계 이종금속 합금을 용융접합함으로써 주조품의 내마모성 및 내산화성을 효과적으로 제고할 수 있다. According to the present invention as described above, the Fe-Cr-Al alloy powder composition is prepared, applied to a predetermined position in the mold, and the Fe-Cr-Al based dissimilar metal is applied to the predetermined position of the cast product solidified using the same. By melting and bonding alloys, the wear resistance and oxidation resistance of castings can be effectively improved.
또한 종래 대비 저융점의 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물을 이용함으로써 제조공정 상 소요되는 에너지 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 부자재의 내화물 손상을 방지할 수 있다. In addition, by using a Fe-Cr-Al alloy powder composition with a lower melting point than before, not only can energy costs required during the manufacturing process be reduced, but damage to the refractory material of subsidiary materials can also be prevented.
나아가, 보다 낮은 온도에서 주조를 가능하게 함으로써 주조 시 응고수축량이 적어지고, 이에 따라 주조결함을 대폭 줄일 수 있다. Furthermore, by enabling casting at a lower temperature, the amount of solidification shrinkage during casting is reduced, thereby significantly reducing casting defects.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 주형을 제외한 화격자 주조 시스템 구성도이다.
도 2는 도 1의 주조시스템에서 A 부분에 대한 상세도이다.Figure 1 is a diagram showing the configuration of a grate casting system excluding a mold according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a detailed view of part A of the casting system of Figure 1.
이하, 본 발명을 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described.
상술한 바와 같이, 본 발명은 고크롬 주철제의 소결기의 화격자(그레이트 바)의 표면에 내마모성을 높이기 위한 고크롬 함량의 크롬 철탄화물 층과 고온 내산화성에 강한 고알루미늄 합금층을 형성하도록 구성된 것이다. 이를 위하여, 본 발명에서는, 종래와 같은 화격자와 같은 주조품에 대한 표면침투 확산과 같은 후처리 방법을 사용하지 않고, 화격자 주조공정 단계에서 화격자 취약부(edge) 주형 공극표면에 목적하는 고크롬 물질 또는 고 알루미늄 물질을 일정두께와 형상으로 판재를 미리 설치하거나 또는 분말형태 상기 물질을 분말형태로 하여 제품 표면 강화 위치에 해당하는 쉘 몰드 표면에 용체와 혼합하여 발라두며, 이를 통하여 주조단계에서 목적하는 물질을 취약부 표면에 일정두께로 형성한다. 그리고 주형내에 기본 화격자 조성의 합금 용탕을 주입하여 미리 설치한 표면강화 물질의 판재 또는 분말을 융융시킴으로써 화격자 취약부 표면에 융착되어 목적하는 물질의 이종접합층을 형성할 수 있는 것이다.As described above, the present invention is designed to form a chromium iron carbide layer with a high chromium content to increase wear resistance and a high aluminum alloy layer with strong high temperature oxidation resistance on the surface of the grate (grate bar) of a sintering machine made of high chromium cast iron. . For this purpose, in the present invention, instead of using a post-treatment method such as surface penetration diffusion for casting products such as a grate as in the past, the target high chromium material or high Aluminum material is pre-installed on a plate with a certain thickness and shape, or the material is put in powder form and mixed with a solution on the surface of the shell mold corresponding to the product surface reinforcement position, and through this, the desired material is created in the casting stage. It is formed to a certain thickness on the surface of the vulnerable area. In addition, by injecting molten alloy of the basic grate composition into the mold and melting the pre-installed surface reinforcement material plate or powder, it is fused to the surface of the vulnerable part of the grate to form a heterogeneous bonding layer of the desired material.
이러한 본 발명은 종래 기술 대비 이종접합용 고온내산화 합금분말의 융점을 낮게 제어함으로써 기존보다 낮은 주조온도에서도 효과적으로 이종접합층을 형성할 수 있는 합금분말 소재를 제안한다.The present invention proposes an alloy powder material that can effectively form a heterojunction layer even at a lower casting temperature than before by controlling the melting point of the high-temperature oxidation-resistant alloy powder for heterojunction to be lower than that of the prior art.
구체적으로, 본 발명의 이종접합용 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물은, 중량%로, Al: 30~70%, Cr: 15~35%, 잔여 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 조성된다.Specifically, the Fe-Cr-Al alloy powder composition for heterojunction of the present invention is composed of Al: 30 to 70%, Cr: 15 to 35%, residual Fe and inevitable impurities in weight percent.
상기 Cr은 그 함량이 15중량% 미만에서는 이종접합 주조층의 고온 내산화성 저하 및 합금의 상온 인성유지로 인하여 기계적 분말 파쇄법 적용이 어려운 문제가 있다. 반면에 Cr 함량이 35중량%를 초과하면 합금의 융점이 크게 높아져 이종접합 주조층을 형성하는데 부담이 되는 어려움이 발생할 수 있다.If the Cr content is less than 15% by weight, it is difficult to apply the mechanical powder crushing method due to the decrease in high temperature oxidation resistance of the heterojunction cast layer and the maintenance of room temperature toughness of the alloy. On the other hand, if the Cr content exceeds 35% by weight, the melting point of the alloy increases significantly, which may cause burdensome difficulties in forming a heterojunction cast layer.
상기 Al은 그 함량이 30중량% 미만에서는 합금의 역시 융점이 크게 높아져 이종접합 주조층을 형성하는데 부담이 되는 어려움이 발생한다. 반면에 Al 함량이 70중량%를 초과하면 이종접합 주조층의 내마모성 저하 및 합금의 상온 인성유지로 인하여 기계적 분말 파쇄법 적용이 어려운 문제가 있을 수 있다.If the Al content is less than 30% by weight, the melting point of the alloy increases significantly, causing difficulty in forming a heterojunction cast layer. On the other hand, if the Al content exceeds 70% by weight, it may be difficult to apply the mechanical powder crushing method due to a decrease in the wear resistance of the heterojunction cast layer and the maintenance of room temperature toughness of the alloy.
한편 본 발명에서는 Fe 함량은 Fe-Cr-Al합금계에서 Cr 함량 및 Al함량 외 잔량으로 제한한다Meanwhile, in the present invention, the Fe content is limited to the remaining amount other than the Cr content and Al content in the Fe-Cr-Al alloy system.
보다 바람직하게는, 상기 Cr함량을 20~30중량%, Al 함량을 50~60중량%, 나머지 Fe 함량으로 그 합금분말 조성물의 성분을 제한하는 것이다. More preferably, the components of the alloy powder composition are limited to the Cr content of 20 to 30% by weight, the Al content to 50 to 60% by weight, and the remaining Fe content.
또한 본 발명에서 상기 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물의 융점은 1420℃ 이하인 것이 바람직하다. 만일 상기 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물의 융점이 1420℃ 를 초과하며, 제조공정에서 소요되는 에너지 비용을 증가할 뿐만 아니라 부자재의 내화물 손상을 초래할 수 있다. 또한 고온 주조이므로 주조 시 응고수축량이 많아져 주조결함이 발생할 가능성이 높아질 수 있다. In addition, in the present invention, the melting point of the Fe-Cr-Al alloy powder composition is preferably 1420°C or lower. If the melting point of the Fe-Cr-Al alloy powder composition exceeds 1420°C, not only does it increase the energy cost required in the manufacturing process, but it may also cause damage to the refractory of subsidiary materials. In addition, since it is a high-temperature casting, the amount of solidification shrinkage increases during casting, which may increase the possibility of casting defects occurring.
보다 바람직하게는, 상기 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물의 융점을 1400℃ 이하로 제한하는 것이다. More preferably, the melting point of the Fe-Cr-Al alloy powder composition is limited to 1400°C or lower.
또한 본 발명에서 상기 Fe-Cr-Al계 합금계 분말의 크기(원상당 직경)는 0.01~0.5mm인 것이 바람직하다. 상기 분말 크기가 0.01mm 미만이면 주입된 용탕과 융착중 손실이 발생하며 실효성이 감소한다. 반면에 상기 분말 크기가 0.5mm를 초과하면 쉘 몰드 벽면에 도포하는데 부착성이 불량하며 보다 낮은 온도로 주입되는 용강에 의하여 융착되는데 어려움이 있어 적합하지 않을 수 있다. In addition, in the present invention, the size (equivalent circle diameter) of the Fe-Cr-Al alloy powder is preferably 0.01 to 0.5 mm. If the powder size is less than 0.01 mm, loss occurs during fusion with the injected molten metal and effectiveness decreases. On the other hand, if the powder size exceeds 0.5 mm, it may not be suitable for application to the shell mold wall because it has poor adhesion and has difficulty fusing with molten steel injected at a lower temperature.
보다 바람직하게는, 상기 분말 크기가 0.05~0.3mm 범위를 가지는 것이다.More preferably, the powder size ranges from 0.05 to 0.3 mm.
한편 본 발명은 상기 분말을 도포하는데 적용할 수 있는 바인더의 물질 및 조건에 대해서는 제한되지 않는다. Meanwhile, the present invention is not limited to the binder material and conditions applicable to applying the powder.
다음으로, 본 발명은, 중량%로, Al: 30~70%, Cr: 15~35%, 잔여 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물을 마련하는 제 1공정; 주형 내표면의 소정의 위치에 상기 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물을 도포하는 제 2공정; 및 상기 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물이 도포된 주형 내부로 1450~1600℃의 고 Cr 용탕을 주입한 후 응고시킴으로써 그 응고된 주조품 소정의 위치에 상기 도포된 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물을 용융 접합시키는 제 3공정을 포함하는 주조품의 이종접합방법을 제공한다. Next, the present invention is a first process of preparing a Fe-Cr-Al alloy powder composition containing Al: 30 to 70%, Cr: 15 to 35%, residual Fe and inevitable impurities in weight percent; A second process of applying the Fe-Cr-Al alloy powder composition to a predetermined location on the inner surface of the mold; and injecting high Cr molten metal at 1450 to 1600°C into the mold to which the Fe-Cr-Al alloy powder composition is applied and then solidifying it, thereby applying the Fe-Cr-Al alloy to a predetermined position of the solidified cast product. Provided is a heterogeneous joining method for cast products including a third process of melting and joining a powder composition.
먼저, 본 발명은 중량%로, Al: 30~70%, Cr: 15~35%, 잔여 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물을 마련한다. 상기 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물에 대한 구체적인 설명은 상술한 바와 같다. First, the present invention prepares a Fe-Cr-Al alloy powder composition containing Al: 30 to 70%, Cr: 15 to 35%, residual Fe and inevitable impurities in weight percent. A detailed description of the Fe-Cr-Al alloy powder composition is as described above.
이어, 본 발명에서는 주형 내표면의 소정의 위치에 상기 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물을 도포한다. Next, in the present invention, the Fe-Cr-Al alloy powder composition is applied to a predetermined location on the inner surface of the mold.
즉, 본 발명에서는 주형내 용탕의 주입전 화격자(그레이트 바) 취약부에 상당하는 쉘 주형의 벽면에 미리 전술한 바와 같은 표면강화 물질인 합금분말을 도포한다. That is, in the present invention, the alloy powder, which is a surface strengthening material as previously described, is applied to the wall of the shell mold corresponding to the weak portion of the grate (grate bar) before pouring the molten metal into the mold.
이때, 본 발명에서는 상기 Fe-Cr-Al 합금계 분말의 도포 두께를 0.01~1mm 범위로 제한함이 바람직하다. 만일 0.01mm 미만의 도포두께에서는 용융접합손실이 발생하며 도포 효과가 미약한 반면에, 1mm를 초과하면 융착 상태가 불량한 경우가 발생할 수 있다. 보다 바람직하게는, 0.2~0.5mm 범위의 두께로 도포하는 것이다. At this time, in the present invention, it is preferable to limit the application thickness of the Fe-Cr-Al alloy powder to the range of 0.01 to 1 mm. If the application thickness is less than 0.01 mm, fusion bonding loss occurs and the application effect is weak, while if it exceeds 1 mm, poor fusion state may occur. More preferably, it is applied with a thickness in the range of 0.2 to 0.5 mm.
한편 본 발명은 상기 도포방법에 제한되지 않으며, 소정의 용매와 상술한 Fe-Cr-Al 합금계 분말 및 바인더를 혼합한 후 이를 직접 주형벽면에 발라주어도 되며, 스프레이를 통하여 분사하여 도포하여도 무방하다. Meanwhile, the present invention is not limited to the above application method, and may be applied directly to the mold wall after mixing a predetermined solvent with the above-described Fe-Cr-Al alloy powder and binder, or may be applied by spraying. do.
그리고 본 발명에서는 상기 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물이 도포된 주형 내부로 1450~1600℃의 고 Cr 용탕을 주입한 후 응고시킴으로써 그 응고된 주조품 소정의 위치에 상기 도포된 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물을 용융 접합시킨다.In the present invention, high Cr molten metal at 1450 to 1600°C is injected into the mold to which the Fe-Cr-Al alloy powder composition is applied and then solidified, thereby forming the applied Fe-Cr- at a predetermined position in the solidified casting. The Al-based alloy-based powder composition is melt-bonded.
본 발명에서는 상기 용탕의 주입온도를 1450~1600℃로 제한한다. 만일 상기 용탕온도가 1400℃ 미만에서는 주입되는 용탕의 유동이 부족하여 적합하지 않으며, 1600℃를 초과하면 과열도가 커서 내화물의 손상 및 과도한 에너지 사용으로 적합하지 못하다. 바람직하게는, 1450~1500℃를 이용하는 것이다. In the present invention, the injection temperature of the molten metal is limited to 1450-1600°C. If the molten metal temperature is less than 1400°C, it is not suitable because the flow of the injected molten metal is insufficient, and if it exceeds 1600°C, it is not suitable due to damage to the refractory material and excessive energy use due to the large degree of superheating. Preferably, 1450 to 1500°C is used.
한편 본 발명에서는 용탕의 주입속도에 특히 제한되지는 않으나, 도 1의 주조 시스템을 적용하는 경우, 5~20kg/sec 주입속도 범위를 유지함이 바람직하다. 만일 주입속도가 5kg/sec 미만에서는 느린 주입속도에 의한 용탕이 과냉되고 미충진 결함 발생이 높다. 반면에 주입속도가 20kg/sec를 초과하면 주입구 및 탕도에서의 용강의 한 유동 운동에너지에 의한 주형손상 및 주물사 혼입문제 발생이 많이 발생할 수 있다. 보다 바람직하게는, 10~15kg/sec 범위로 제한하는 것이다. Meanwhile, in the present invention, the injection speed of molten metal is not particularly limited, but when applying the casting system of FIG. 1, it is preferable to maintain the injection speed in the range of 5 to 20 kg/sec. If the injection speed is less than 5 kg/sec, the molten metal is supercooled due to the slow injection speed and the occurrence of unfilled defects is high. On the other hand, if the injection speed exceeds 20kg/sec, mold damage and molding sand mixing problems may occur due to the flow kinetic energy of the molten steel at the injection port and conduit. More preferably, it is limited to the range of 10 to 15 kg/sec.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.
(실시예)(Example)
도 1 및 도 2와 같은 주조시스템을 마련하였다. 하기 표 2에 나타낸 바와 같이, 도 2의 쉘 몰드내 화격자(그레이트 바) 취약부(edge)에 상당하는 위치에 미리 그 조성성분을 달리하는 약 0.1mm의 입도분말을 갖는 Fe-Cr-Al계 분말을 쉘 몰드 벽면에 0.5mm 두께로 도포하였다. 이후, 합금성분 중량% 기준으로 C:1.64％, Si:1.3％, Mn:0.8％, Ni:0.72％, Cr:24％, 잔여 Fe의 조성을 가지는 고크롬 주철 용강을 도 1의 주조시스템 주입구에 용강온도를 약 1450℃로 하여 약 10kg/sec 속도로 주입하여 화격자 제품을 주조하였다. A casting system as shown in Figures 1 and 2 was prepared. As shown in Table 2 below, Fe-Cr-Al-based powder having a particle size of about 0.1 mm with different compositions in advance at a position corresponding to the weak portion (edge) of the grate (grate bar) in the shell mold of FIG. 2 was applied to the shell mold wall with a thickness of 0.5 mm. Thereafter, high chromium cast iron molten steel having a composition of C: 1.64%, Si: 1.3%, Mn: 0.8%, Ni: 0.72%, Cr: 24%, and residual Fe based on weight percent of alloy components was injected into the casting system inlet of Figure 1. The molten steel temperature was set to approximately 1450°C and the grate product was cast by injecting the steel at a rate of approximately 10 kg/sec.
이때, 본 실험에서 설계된 합금소재의 파쇄법에 의한 분발제조의 용이성을 정성적으로 평가하였으며, 합금분말 소재의 융점을 계산 과학적 기법을 이용하여 정량적으로 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. At this time, the ease of powder manufacturing by the crushing method of the alloy material designed in this experiment was qualitatively evaluated, and the melting point of the alloy powder material was quantitatively evaluated using computational scientific techniques, and the results are shown in Table 2 below.
또한 분말 도포 조건 및 주조 공정 조건에 따라 제조된 화격자 표면 이종접합주조 형성층의 두께에 대한 정량적인 평가를 통하여 이종접합주조 적합성을 정성적으로 판단하여 그 결과를 또한 하기 표 2에 나타내었다. In addition, the suitability for heterojoint casting was qualitatively determined through quantitative evaluation of the thickness of the heterojoint casting formation layer on the surface of the grate manufactured according to the powder application conditions and casting process conditions, and the results are shown in Table 2 below.
(중량%)Alloy composition
(weight%)
(℃)melting point
(℃)
형성두께(mm)Heterojunction casting layer
Formation thickness (mm)
주조성 판단heterozygous
Castability judgment
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 발명예 1-9는 비교예 1-3 대비 Fe-Cr-Al계 합금의 융점이 낮아지는 효과로 인하여, 1450℃의 비교적 낮은 주조온도에서 이종접합 주조층이 형성됨을 알 수 있다. 비교예 3는 합금성분중 Cr 함량이 39중량% 수준으로 높은 영향으로 합금의 융점이 비교예 1 보다도 높아지기 때문에 주조온도 1450℃ 조건에서 이종접합 주조층이 형성되기 어려웠다. As can be seen in Table 2, Inventive Example 1-9 is a heterojunction cast layer at a relatively low casting temperature of 1450°C due to the effect of lowering the melting point of the Fe-Cr-Al alloy compared to Comparative Example 1-3. It can be seen that this is formed. In Comparative Example 3, the melting point of the alloy was higher than that of Comparative Example 1 due to the high Cr content of 39% by weight among the alloy components, so it was difficult to form a heterojunction cast layer at a casting temperature of 1450°C.
한편 발명예 1-9는 기계적인 분쇄방법에 의하여 분말제조가 가능하였다. 그러나 발명예 1-9 및 비교예 1-3은 모두 합금의 용융상태에서 가스(gas) 아토마이징(atomizing), 워터(water) 아토마이징, 원심분사법으로의 분말제조는 가능하였다. Meanwhile, in Invention Example 1-9, powder production was possible using a mechanical grinding method. However, in both Inventive Examples 1-9 and Comparative Examples 1-3, it was possible to manufacture powder by gas atomizing, water atomizing, and centrifugal spraying in the molten state of the alloy.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, the detailed description of the present invention has described preferred embodiments of the present invention, but those skilled in the art can make various modifications without departing from the scope of the present invention. Of course this is possible. Therefore, the scope of rights of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the claims described below as well as their equivalents.
1....... 주입구
2........게이트
3........화격자
4........압탕
5........이종접합층1.......Inlet
2.......Gate
3........Grate
4........Apptang
5.......Heterojunction layer
Claims (8)
Fe-Cr-Al based alloy powder composition for heterojunction containing, in weight%, Al: 30-70%, Cr: 15-35%, residual Fe and inevitable impurities.
The Fe-Cr-Al alloy powder composition for heterojunction according to claim 1, wherein the melting point of the Fe-Cr-Al alloy powder composition is 1420°C or lower.
The Fe-Cr-Al alloy powder composition according to claim 1, wherein the size (equivalent circle diameter) of the Fe-Cr-Al alloy powder is 0.01 to 0.5 mm.
The Fe-Cr-Al alloy system for heterogeneous joining according to claim 1, wherein the components of the alloy powder composition are controlled by the Cr content of 20 to 30% by weight, the Al content of 50 to 60% by weight, and the remaining Fe content. Powder composition.
주형 내표면의 소정의 위치에 상기 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물을 도포하는 제 2공정; 및
상기 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물이 도포된 주형 내부로 1450~1600℃의 고 Cr 용탕을 주입한 후 응고시킴으로써 그 응고된 주조품 소정의 위치에 상기 도포된 Fe-Cr-Al계 합금계 분말 조성물을 용융 접합시키는 제 3공정을 포함하는 주조품의 이종접합방법.
A first step of preparing a Fe-Cr-Al alloy powder composition containing, in weight percent, Al: 30-70%, Cr: 15-35%, residual Fe, and inevitable impurities;
A second process of applying the Fe-Cr-Al alloy powder composition to a predetermined location on the inner surface of the mold; and
By injecting high Cr molten metal at 1450-1600°C into the mold to which the Fe-Cr-Al-based alloy powder composition is applied and then solidifying it, the Fe-Cr-Al-based alloy powder composition applied above is applied to a predetermined position of the solidified cast product. A heterogeneous joining method for a cast product comprising a third step of melting and joining the powder composition.
The method of claim 5, wherein the Fe-Cr-Al alloy powder composition is applied to a thickness of 0.01 to 1 mm.
The method of heterogeneous joining of cast products according to claim 5, wherein the injection rate of the high Cr molten metal into the mold is limited to 5 to 20 kg/s.
The method of heterogeneous joining of a cast product according to claim 5, wherein the Fe-Cr-Al alloy powder composition is powdered using an atomizing method or a mechanical crushing method.
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